论文部分内容阅读
随着国家排放标准的提高,发动机排气系统中催化载体越米越靠近排气歧管,最终排气歧管部分和催化器连成一体,排气歧管和催化器合成一体,合称排气歧管总成。排气歧管总成的工作条件恶劣,表层气体与内腔中气体温度相差很大,且长期处于循环交变温度载荷下,容易出现疲劳失效等现象,使发动机的废气排放增多、噪声变大、功率波动、甚至使发动机失效。由于发动机的性能排气温度日益提高,因此对排气歧管总成的疲劳可靠性的要求也变得越来越高。应用有限元仿真技术分析其疲劳可靠性,优化其结构,可以有效的减少试验样机的数量,缩短产品的开发周期,从而达到降低成本,提高市场竞争力。本文采用仿真分析与发动机台架实验验证相结合,对排气歧管总成的振动和热疲劳问题进行了研究,目的就是找出其寿命薄弱处并进行结构优化。本论文的主要研究内容如下：(1)对排气歧管总成进行三维模型建立,结合ABAQUS软件划分网格模型,对其进行了自由和约束模态分析,并探讨了温度对模态频率的影响,揭示温度对共振频率的影响规律。(2)根据有限元模型进行热应力分析,基于应力分析结果,用名义应力法和损伤累积理论进行热疲劳分析,找出排气歧管总成结构应力集中处和最大应力大小。(3)对排气歧管总成进行结构优化,根据初次仿真结果修改三维模型,再次分析优化后结构,得到结果是优化后排气歧管总成的各阶固有频率都有所提高,减少了共振发生几率,热应力分布均匀,最大应力也减小了7MPa,热疲劳性能符合设计要求。(4)进行排气歧管总成可靠性试验,根据相关技术要求搭建实验台架,进行300小时的实验并采集相关数据,最后对实验结果分析。研究结果表明：经过300小时疲劳可靠性实验后,排气温度劣化率小于5%,300h排气压力与0h时基本一致,排气歧管总成表面无裂纹、大变形；台架振动对比测试结果表明,优化后振动响应降低明显。因此,本研究仿真优化后的排气歧管总成是可靠的,抗疲劳能力符合设计要求。